1.2.2　传感器的特性与指标

传感器的特性主要是指传感器的输入与输出之间的关系，有静态特性和动态特性之分。

1.传感器的静态特性

传感器在稳态信号作用下，其输出与输入关系称为传感器的静态特性。描述传感器静态特性的主要性能指标有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性和分辨力。

（1）线性度

在多数情况下，要求传感器的理想输入-输出特性应是线性的，如图1-4所示。实际上，由于种种原因，传感器总是具有不同程度的非线性，反映非线性误差的程度即线性度。线性度是以一定的拟合直线为基准与实际特性曲线作比较，用其不一致的最大偏差∆Lmax与理论输出值Y=Ymax-Ymin的百分比进行计算，即

分析

为什么希望传感器的非线性误差越小越好？

（2）灵敏度

灵敏度是指传感器输出量的变化量∆Y与引起此变化的输入量的变化量∆X之比，用K表示，即

对于线性传感器来说，它的灵敏度K是个常数；对于非线性传感器，灵敏度随输入量的变化而变化。

（3）迟滞

迟滞是指在相同的工作条件下，传感器正行程特性曲线和反行程特性曲线的不一致程度，如图1-5所示。也就是说，对应于同一大小的输入信号，传感器的正反行程的输出信号大小会有不相等的情况。产生这种现象的主要原因是传感器机械部分存在不可避免的缺陷，如轴承摩擦、间隙、紧固件松动、材料的内摩擦、积尘等。

迟滞大小的表达式为

式中，∆Lmax为正反行程输出值间最大偏差；YFS为满量程输出。

（4）重复性

重复性是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标，如图1-6所示。产生不一致的原因与产生迟滞现象的原因相同。多次重复测试的曲线越重合，说明该传感器重复性越好，使用时误差越小。

（5）分辨力

分辨力是指传感器能检测到的被测量的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化没有反应。一般地说，对于数字仪表，最后一位所代表的数值就是其分辨力。

2.传感器的动态特性

在实际测量中，大多数被测量是随时间变化的动态信号。传感器的输出不仅要精确地显示被测量的大小，还要显示被测量随时间变化的规律。传感器的动态特性反映了传感器对于随时间变化的动态量的响应特性。常用的分析响应特性的方法有时域分析法和频率响应法。

（1）时域分析法

当输入信号为阶跃函数时，因为它是时间的函数，故传感器的响应是在时域内发生的，因此称这种分析方法为时域分析法。传感器的阶跃响应曲线如图1-7所示。

主要参数有上升时间tr、响应时间ts、峰值时间tp、超调量δ等。

①上升时间tr：是指输出值上升到稳态值的90％所需的时间。

②响应时间ts：是指输出值进入稳定值所规定的范围内所需的时间。

③峰值时间tp：是指输出值到达最大值所需的时间。

④超调量δ：是指输出量最大值y（tp）与稳态值的最大偏差与稳态值之比。

（2）频率响应法

当输入信号为正弦函数时，因为它是频率的函数，故传感器的响应是在频域内发生的，因此称为频率响应法。

频率响应特性是指将频率不同而幅值相等的正弦信号输入到传感器，输出正弦信号的幅值、相位与频率（或角频率）之间的关系。常用的评定指标有：通频带BW、时间常数τ、固有角频率ω0。

①通频带BW：指传感器的增益保持在一定值之内的频率范围，对应有上、下截止频率。

②时间常数τ：用来表征一阶传感器的动态特性，τ越小，频带越宽。

③固有角频率ω0：用来表征二阶传感器的动态特性，ω0越大，快速性越好。

拓展训练

找出家用电器中的传感器。